CN110235718A - 降低水稻中重金属镉含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种降低水稻重金属镉含量的方法，包括：(1)水稻于整个生长期采用全淹水灌溉；(2)在水稻移栽前，于种植水稻的土壤中施加基肥，基肥包括生石灰、有机肥、钙镁磷肥和钾肥，在水稻分蘖期和/或幼穗分化期进行追肥，所述追肥包括氮肥和钾肥，所述基肥和所述追肥中总的纯氮含量为6～10.2kg/亩。全淹水灌溉可降低土壤中镉的有效性，降低水稻对镉的吸收，纯氮的施用量为6～10.2kg/亩，比现有技术中减少15～50％(在现有技术中，纯氮为12kg/亩)，可减少水稻分蘖，降低水稻的无效分蘖，增强抗倒伏能力，低含量氮肥与全淹水灌溉相辅相成，既可降低水稻对镉的吸收，又可保证水稻产量。本发明将水稻的灌溉方法与施肥方法相结合，保证基肥实施效果的稳定性，达到有效降低水稻中镉含量的目的，在实际水稻种植中具有应用价值。

Description

降低水稻中重金属镉含量的方法
技术领域
本发明涉及水稻种植技术领域，具体涉及一种降低水稻中重金属镉含量的方法。
背景技术
近年来，受污染物排放量增加、部分地区超标排放等因素的影响，我国农田污染呈加剧的趋势，局部治理、整体下降的态势较严重，其中重金属污染尤为严峻。据2014年发布的“全国土壤污染状况调查公报”，我国有16.1％的土壤存在不同程度污染，其中轻微、轻度、中度和重度污染分别占11.2％、2.3％、1.5％和1.1％(中华人民共和国环境保护部和国土资源部:全国土壤污染状况调查报告,2014.)，受镉污染的土壤即达到7.0％、在无机污染物超标土壤的32.2％，是土壤最主要的重金属污染形式，而湖南又是受镉污染较严重、报道较多的省份，且其中又以水稻所受的影响最大，因此，Cd污染稻田安全利用也受到了更多关注。据报道，近年来亚洲地区稻田重金属、尤其是Cd污染面积不断扩大，已成为制约水稻可持续发展的重要因素。
目前，降低水稻中重金属镉含量的方法有多种，如中国发明专利201710687541.X公开一种酸性土壤调理剂，包括：稻壳灰33～36％，生石灰14～16％，钙镁磷肥24～26％，海泡石22～24％，双氰胺1.5～2％。该专利通过改善土壤的pH值来达到降低土壤中有效镉的含量，从而在一定程度上减少水稻对镉的吸收。但该专利只是通过改善土壤pH来达到降低土壤中有效镉的含量，调节方式单一，且长期单一使用石灰，易恶化土壤理化性质。对于水稻，水分是影响水稻产量及品质的重要因素，在水稻种植过程中，水分的施加足以掩盖这些调节剂的调节效果，致使调理剂调节效果稳定性差。
因此，亟需一种稳定性好且能有效降低水稻中重金属镉含量，产量稳定并改善土壤肥力和土壤物理结构的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稳定性好且能有效降低水稻中重金属镉含量，产量稳定并改善土壤肥力和土壤物理结构的方法为实现上述目的，本发明提供一种降低水稻中重金属镉含量的方法，包括：
(1)水稻于整个生长期采用全淹水灌溉；
(2)在水稻移栽前，于种植水稻的土壤中施加基肥，所述基肥包括生石灰、有机肥、钙镁磷肥和钾肥，在水稻分蘖期和/或幼穗分化期进行追肥，所述追肥包括氮肥和钾肥，所述基肥和所述追肥中总的纯氮含量为6～10.2kg/亩。
本发明提供的降低水稻重金属镉含量的方法中，生石灰为碱性调理剂，可以提高土壤的pH值，促进重金属镉形成碳酸盐、氢氧化物等沉淀，从而降低土壤中镉的有效性，减少水稻对镉的吸收。钙镁磷肥中的磷与土壤中的镉相互作用，促使镉从交换态向碳酸盐结合态转化，从而降低土壤中镉的有效性。钙镁磷肥中的钙作为土壤中的盐基离子之一，可以与镉离子竞争土壤中的粘土矿物、氧化物以及有机质上的阳离子交换吸附位点，从而降低土壤矿物对镉的吸附，降低水稻对镉的吸收。有机肥能够显著提高土壤中有机质的含量，提高水稻的缓冲能力和自净能力，为水稻生长提供养分，适量的有机肥可降低生石灰的副作用，改善土壤理化性质，并降低水稻镉的吸附。另外，本发明提供的降低水稻重金属镉含量的方法中，全淹水灌溉可降低土壤中镉的有效性，降低水稻中镉含量，但全淹水灌溉会导致水稻出现分蘖过多、易倒伏等现象，造成水稻减产。本发明中施肥时，其纯氮含量为6～10.2kg/亩，比现有技术中纯氮施用量减少15～50％(在现有技术中，水稻纯氮常规施用量为12kg/亩)，可减少水稻分蘖，降低水稻的无效分蘖，增强抗倒伏能力，低含量氮肥与全淹水灌溉相辅相成，达到既可以降低水稻中的镉含量，又可以保证水稻产量的效果。此外，在本发明中，将水稻的灌溉方法与施肥方法相结合，保证施肥的稳定性，达到有效降低水稻中镉含量的目的，在实际水稻种植中具有应用价值。
较佳地，所述水稻的全淹水灌溉包括：
(1)对种植水稻的土壤实行有水层灌溉，浅水插秧；
(2)返青期保持水层；
(3)分蘖期不晒田，保持水层；
(4)幼穗分化期及时复水至稻穗勾头散籽；
(5)散籽后放水自然落干；
所述水层厚度为3～5cm。
较佳地，在所述分蘖期和所述幼穗分化期追加氮肥，所述基肥、所述分蘖期追加的氮肥、所述幼穗分化期追加的氮肥中的纯氮含量的比例为5:2～4:1～2。
具体地，所述氮肥的基追肥比例可以为5:2:1、5:3:2、5:4:1或5:4:2。
较佳地，在所述幼穗分化期追加钾肥，所述基肥和所述幼穗分化期追加的钾肥中的纯钾含量的比例为5:3～6。
具体地，所述钾肥的基追肥比例可以为5:3、5:4、5:5或5:6。
较佳地，所述生石灰的施用量为80～160kg/亩，所述钙镁磷肥的施用量为20～40kg/亩，所述有机肥的施用量为130～300kg/亩，所述基肥和所述追肥中总的钾肥的施用量为10～20kg/亩，所述基肥和所述追肥中总的氮肥的施用量为3～15kg/亩。
具体地，生石灰的施用量可以为80kg/亩、90kg/亩、100kg/亩、110kg/亩、120kg/亩、125kg/亩、130kg/亩、140kg/亩、150kg/亩、155kg/亩或160kg/亩，钙镁磷肥的施用量可以为20kg/亩、25kg/亩、28kg/亩、30kg/亩、32kg/亩、35kg/亩、38kg/亩或40kg/亩，钾肥的施用量为10kg/亩、13kg/亩、15kg/亩、17kg/亩、19kg/亩或20kg/亩，氮肥的施用量为3kg/亩、5kg/亩、8kg/亩、10kg/亩、12kg/亩、14kg/亩或15kg/亩，有机肥的施用量为130kg/亩、150kg/亩、200kg/亩、220kg/亩、250kg/亩、280kg/亩或300kg/亩。
较佳地，所述钾肥为氯化钾，所述氮肥为尿素，所述有机肥为菜饼有机肥。
较佳地，所述基肥和所述追肥中总的纯氮含量为9kg/亩，所述基肥中生石灰的施用量为120kg/亩，所述基肥中钙镁磷肥的施用量为25kg/亩，所述基肥中菜饼有机肥的施用量为200kg/亩，所述基肥中氯化钾的施用量为4.5kg/亩，所述追肥中尿素的施用量为9.5kg/亩，所述追肥中氯化钾的施用量为10.5kg/亩。
较佳地，所述氮肥为尿素、硫酸铵、氯化铵、硝酸钠中的一种。
较佳地，所述钾肥为氯化钾、磷酸钾、硫酸钾和硝酸钾中的一种。
较佳地，所述水稻为中籼稻。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和有益效果，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。需说明的是，下述实施所述方法是对本发明做的进一步解释说明，不应当作为对本发明的限制。本发明的实施例中所用的材料、试剂若无特殊说明皆可从商业途径获得。
本发明提供一种降低水稻重金属镉含量的方法，在水稻整个生长期采用全淹水灌溉，包括：对种植水稻的土壤实行有水层灌溉，浅水插秧；返青期保持水层；分蘖期不晒田，保持水层；幼穗分化期及时复水至稻穗勾头散籽；散籽后放水自然落干；水层厚度为3～5cm。在水稻移栽前，于种植水稻的土壤中施加基肥，基肥包括生石灰、钙镁磷肥和钾肥，在水稻分蘖期和/或幼穗分化期进行追肥，所述追肥包括氮肥和钾肥，生石灰的施用量为80～160kg/亩，钙镁磷肥的施用量为20～40kg/亩，有机肥的施用量为130～300kg/亩，基肥和追肥中总的钾肥的施用量为10～20kg/亩，基肥和追肥中总的氮肥的施用量为3～15kg/亩。在分蘖期和幼穗分化期追加氮肥，基肥、分蘖期追加的氮肥、幼穗分化期追加的氮肥中的纯氮含量的比例为5:2～4:1～2，在幼穗分化期追加钾肥，基肥和幼穗分化期追加的钾肥中的纯钾含量的5:3～6。
下面结合具体实施例作进一步详细说明。
实施例1
在本实施例中，水稻于整个生长期采用全淹水灌溉，在水稻移栽前，于水稻土壤中施加基肥，基肥包括生石灰80kg/亩、钙镁磷肥40kg/亩、有机肥(菜饼有机肥)130kg/亩；氮肥(尿素)15kg/亩，包括基肥中的4.2kg/亩以及追肥中10.8kg/亩，追肥是在分蘖期和幼穗分化期追加；钾肥(氯化钾)20kg/亩，包括基肥中的8.05kg/亩和追肥中的11.95kg/亩，追肥是在幼穗分化期追加，其中氮肥选用尿素，钾肥选用氯化钾，有机肥选用菜饼有机肥，菜饼有机肥中，纯氮含量为2.3％，纯钾含量为1.8％，该基肥和追肥中总的纯氮含量为尿素×46.4％+菜饼有机肥×2.3％＝10(kg/亩)。供试水稻品种选取盛泰优018，它是一种广泛种植于中国南方的杂交稻品种，购自于中化集团洞庭高科股份有限公司；有机肥选取菜饼有机肥，购自湖南金叶肥料有限公司；生石灰、钙镁磷肥等改良剂均为购自市场的成品。
本实施例中，在水稻移栽前，对种植水稻的土壤实行有水层灌溉，浅水插秧；返青期保持水层；分蘖期不晒田，保持水层；幼穗分化期及时复水至稻穗勾头散籽；散籽后放水自然落干；水层厚度保持3～5cm。在水稻分蘖期和幼穗分化期追加氮肥，基肥中纯氮含量：分蘖期氮肥中纯氮含量：幼穗分化期氮肥中纯氮含量＝5:3:2，在幼穗分化期追加钾肥，基肥中纯钾含量：幼穗分化期钾肥中纯钾含量＝5:5。水稻土壤试验地点位于地处长江中游亚热带地区的湖南省湘阴县原种场，年平均气温17℃，年平均降雨量1393mm，全年日照时数1399-2050h。供试土壤为河湖沉积物，土壤有机质28.4mg·kg-1、总镉和有效镉、分别为0.85mg·kg-1和0.40mg·kg-1，速效磷、速效钾和总氮分别为4.35mg·kg-1、92.57mg·kg-1和0.81g·kg-1，pH 5.5，试验小区长6m，宽5m，面积30m2。
参见表1，实施例2至实施例6、对比例1至对比例6除基肥和追肥配方含量与实施例1不同外，其他均与实施例1相同。
对比例7
在对比例7中，水稻不使用全淹水灌溉，具体采用湿润育秧、寸水返青、薄水分蘖、够蘖晒田、浅水打苞、湿润壮籽和黄熟落干的传统方法种植。基肥和追肥配方见表1，施肥方法同实施例1。
表1各实施例的基肥和追肥成分及配比(kg/亩)
水稻种植前和收割后分别按照相关方法采集0～20cm土壤样品，经风干后取适量土壤磨细过1mm和0.25mm筛，留存备用。晚稻生长期间按相关方法记录生长数据并采集考种样，收割后采集植株样用超纯水清洗，105℃杀青30min、70℃下烘干至恒重；同时采集稻谷样经风干后脱壳研磨过1mm筛留存备用。
土壤的pH值用pH计测定(水土比1:5，Orion StarTMA211，Thermo Fisher)，有机质用重铬酸钾氧化还原滴定法测定，有效镉用DTPA浸提，浸提液中的Cd用原子吸收分光光度法测定。稻米和植株总镉含量用微波消解-原子吸收分光光度法测定。为了保证测定过程的准确性，加入土壤标准物质GBW07404(GSS-4)进行质量控制。加入标准的回收率在93.7％～99.12％之间。
不同实施例水稻土壤理化数据测定结果如表2所示。由表2数据可知，所有实施例的pH值均高于对比例1至3，说明生石灰配施钙镁磷肥可以提高土壤的pH值。比较所有实施例与对比例4，可知，单独施加生石灰也会提高土壤的pH值，但提高效果不明显。比较实施例5与实施例6中有机质含量，结果显示，实施例5土壤中有机质含量显著高于实施例6，说明施用有机肥可以显著提高土壤中有机质的含量。
表2不同实施例的土壤理化性质测定结果
实施例 pH 有机质(mg/kg) 全氮(g/kg) 速效磷(mg/kg) 速效钾(mg/kg)
实施例1 5.6 14.5 0.83 6.58 105.2
实施例2 6.2 15.6 0.83 7.5 91.2
实施例3 5.97 17 0.79 6.32 96.8
实施例4 5.85 17.5 0.80 6.35 99.8
实施例5 6.1 16.8 0.81 5.9 96.8
实施例6 5.95 15 0.80 6.0 97.6
对比例1 5.45 13 0.77 4.5 86.9
对比例2 5.45 13.5 0.79 6.5 95.6
对比例3 5.5 16.5 0.79 5.0 88.5
对比例4 5.7 16.4 0.78 5.0 87.1
对比例5 5.9 16.8 0.80 6.67 90.5
对比例6 5.9 16.9 0.79 5.45 91.2
对比例7 6 14 0.78 5.33 89.9
不同实施例土壤中有效镉和稻米中镉含量的测定结果如表3所示。比较实施例5与对比例2和对比例4，数据显示，实施例5土壤中有效镉和稻米中镉含量显著低于对比例2和对比例4，说明，生石灰、有机肥与钙镁磷肥配合施用，可有效降低土壤中有效镉和稻米中镉含量。比较对比例1与对比例3，实施例5和实施例6，数据显示，对比例3有效镉和稻米镉含量显著高于对比例1，而实施例5中有效镉和稻米镉含量显著低于实施例6，单独施用有机肥会导致土壤中有效镉和稻米中镉含量的增加，而当把有机肥与生石灰和钙镁磷肥一起施用时，可显著降低土壤中有效镉和稻米镉含量。比较实施例5与对比例7，数据显示，实施例5中有效镉和稻米镉含量显著低于对比例7，说明全淹水灌溉能有效降低土壤中有效镉和稻米镉含量。
不同实施例中水稻产量如表3所示。比较实施例5、对比例5和对比例6，数据显示，对比例5的产量远远低于实施例5，说明过低含量的纯氮会严重影响水稻的产量。比较实施例5与对比例7，结果显示，实施例5的产量显著高于对比例7，说明采用全淹水灌溉配施6～10.2kg/亩(以纯氮计)可以在有效降低土壤中有效镉和稻米镉含量的同时保证水稻的产量。
表3不同实施例土壤有效镉、稻米镉含量及水稻产量测定结果
实施例 土壤中有效镉(mg/kg) 稻米中镉含量(mg/kg) 水稻产量(kg)
实施例1 0.35 0.2 27.8
实施例2 0.33 0.19 28
实施例3 0.36 0.2 26.6
实施例4 0.35 0.18 27.3
实施例5 0.32 0.15 29.5
实施例6 0.36 0.18 27
对比例1 0.39 0.38 18.5
对比例2 0.38 0.32 28.5
对比例3 0.42 0.4 22.5
对比例4 0.38 0.29 22.8
对比例5 0.32 0.17 24.6
对比例6 0.35 0.16 25.8
对比例7 0.39 0.35 26.2
本发明提供的降低水稻重金属镉含量的方法中，生石灰为碱性调理剂，可以提高土壤的pH值，促进重金属镉形成碳酸盐、氢氧化物等沉淀，从而降低土壤中镉的有效性，减少水稻对镉的吸收。钙镁磷肥中的磷与土壤中的镉相互作用，促使镉从交换态向碳酸盐结合态转化，从而降低土壤中镉的有效性。钙镁磷肥中的钙作为土壤中的盐基离子之一，可以与镉离子竞争土壤中的粘土矿物、氧化物以及有机质上的阳离子交换吸附位点，从而降低土壤矿物对镉的吸附，降低水稻中镉含量。另外，本发明提供的降低水稻重金属镉含量的方法中，全淹水灌溉可降低土壤中镉的有效性，降低水稻中镉含量，但全淹水灌溉会导致水稻出现分蘖过多、易倒伏等现象，造成水稻减产。本发明施肥时，其纯氮含量为6～10.2kg/亩，比现有技术中纯氮施用量减少15～50％(在现有技术中，水稻纯氮常规施用量为12kg/亩)，可减少水稻分蘖，降低水稻的无效分蘖，增强抗倒伏能力，低含量氮肥与全淹水灌溉相辅相成，达到既可以降低水稻中的镉含量，又可以保证水稻产量的效果。此外，在本发明中，将水稻的灌溉方法与施肥方法相结合，保证施肥的稳定性，达到有效降低水稻中镉含量的目的，在实际水稻种植中具有应用价值。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种降低水稻中重金属镉含量的方法，其特征在于，包括：
(1)水稻于整个生长期采用全淹水灌溉；
(2)在水稻移栽前，于种植水稻的土壤中施加基肥，所述基肥包括生石灰、有机肥、钙镁磷肥和钾肥，在水稻分蘖期和/或幼穗分化期进行追肥，所述追肥包括氮肥和钾肥，所述基肥和所述追肥中总的纯氮含量为6～10.2kg/亩。
2.如权利要求1所述的降低水稻中重金属镉含量的方法，其特征在于：所述水稻的全淹水灌溉包括：
(1)对种植水稻的土壤实行有水层灌溉，浅水插秧；
(2)返青期保持水层；
(3)分蘖期不晒田，保持水层；
(4)幼穗分化期及时复水至稻穗勾头散籽；
(5)散籽后放水自然落干；
所述水层厚度为3～5cm。
3.如权利要求2所述的降低水稻中重金属镉含量的方法，其特征在于：在所述分蘖期和所述幼穗分化期追加氮肥，所述基肥、所述分蘖期追加的氮肥、所述幼穗分化期追加的氮肥中的纯氮含量的比例为5:2～4:1～2。
4.如权利要求2所述的降低水稻中重金属镉含量的方法，其特征在于：在所述幼穗分化期追加钾肥，所述基肥和所述幼穗分化期追加的钾肥中的纯钾含量的比例为5:3～6。
5.如权利要求1所述的降低水稻中重金属镉含量的方法，其特征在于：所述生石灰的施用量为80～160kg/亩，所述钙镁磷肥的施用量为20～40kg/亩，所述有机肥的施用量为130～300kg/亩，所述基肥和所述追肥中总的钾肥的施用量为10～20kg/亩，所述基肥和所述追肥中总的氮肥的施用量为3～15kg/亩。
6.如权利要求5所述的降低水稻中重金属镉含量的方法，其特征在于：所述钾肥为氯化钾，所述氮肥为尿素，所述有机肥为菜饼有机肥。
7.如权利要求6所述的降低水稻中重金属镉含量的方法，其特征在于：所述基肥和所述追肥中总的纯氮含量为9kg/亩，所述基肥中生石灰的施用量为120kg/亩，所述基肥中钙镁磷肥的施用量为25kg/亩，所述基肥中菜饼有机肥的施用量为200kg/亩，所述基肥中氯化钾的施用量为4.5kg/亩，所述追肥中尿素的施用量为9.5kg/亩，所述追肥中氯化钾的施用量为10.5kg/亩。
8.如权利要求1所述的降低水稻中重金属镉含量的方法，其特征在于：所述氮肥为尿素、硫酸铵、氯化铵和硝酸钠中的一种。
9.如权利要求1所述的降低水稻中重金属镉含量的方法，其特征在于：所述钾肥为氯化钾、磷酸钾、硫酸钾和硝酸钾中的一种。
10.如权利要求1所述的降低水稻中重金属镉含量的方法，其特征在于：所述水稻为中籼稻。
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